(一)酸堿質(zhì)子學(xué)說(shuō)
經(jīng)典的電離學(xué)說(shuō)對(duì)化合物水溶液中能電離生成H的稱為酸,能電離生成OH的稱為堿,二者中和生成水和鹽。然而許多弱酸或弱堿它們的電離常數(shù)在105以下,在水溶液中是無(wú)法進(jìn)行測(cè)定的,但在某些非水介質(zhì)中就可以滴定。這種現(xiàn)象用電離學(xué)說(shuō)不能完滿地解釋。由于人們不斷的認(rèn)識(shí),提出了酸堿質(zhì)子學(xué)說(shuō),即凡能給出質(zhì)子(H)的物質(zhì)為酸,能接受質(zhì)子的物質(zhì)為堿,它們的關(guān)系式如下:
酸<=>H++堿
HC1<=>H++C1-
HC1O4<=>H++C1O4-
RNH3+<=>H++RNH2
酸或堿的強(qiáng)度取決于給出或接受質(zhì)子能力的強(qiáng)弱,給出質(zhì)子能力越強(qiáng),酸性就越強(qiáng);反之越弱。在反應(yīng)中溶劑常常參與質(zhì)子轉(zhuǎn)移反應(yīng),因此溶劑也常常是酸或堿。給出質(zhì)子能力較強(qiáng)的溶劑如冰醋酸就是酸性溶劑劑,接受質(zhì)子能力較強(qiáng)的溶劑如乙二胺就是堿性溶劑。
(二)非水滴定定原理
溶劑對(duì)酸堿強(qiáng)度產(chǎn)生較大的影響,弱堿在酸性溶液中可增增強(qiáng)其相對(duì)堿度的強(qiáng)度;弱酸則在堿性溶劑中可增強(qiáng)其相對(duì)酸度的強(qiáng)度。因此,在水溶液中難于直接滴定的弱酸或弱堿,如果選擇適當(dāng)溶劑使其強(qiáng)度增加,就可以直接進(jìn)行滴定。如吡啶為一極弱的有機(jī)堿(Kb=
1.4×10 -9次方),在水溶液中難以直接滴定,故改用冰醋酸作溶劑,可以用HC1O4的冰醋酸溶液滴定,其反應(yīng)式:
C5H5N+CH3COOH<=>C5H5NH++CH3COO-
HCIO4+CH3COOH<=>CH3COOH2++C1O4-
CH3COOH2++CH3COO-<=>2CH3COOH
反應(yīng)中吡啶的堿性比醋酸強(qiáng),所以能接受醋酸所供給的質(zhì)子,而生成 C5H5NH+。而醋酸比HC1O4弱,所所以能接受HC1O4的質(zhì)子生成CH3COOH2+。溶劑CH3COOH2+在滴定過(guò)程中并未參與反應(yīng),僅起到傳遞質(zhì)子的作用。所以反應(yīng)式可寫(xiě)為
C5H5N+HC1O4<=>C5H5NH++C1O4-
(三)溶劑的種類
1.兩性溶劑 這類溶劑劑既可以作為酸,又可以作為酸酸,量典型的是水。甲醇、乙醇和異丙醇等醇類的酸堿性和水類似,也屬于兩性的中性溶劑。當(dāng)溶質(zhì)是較強(qiáng)的酸時(shí),這種溶劑呈堿性;溶質(zhì)是較強(qiáng)的堿時(shí),這種溶劑顯酸性。
2.酸性溶劑 這類溶劑也是兩性溶劑,因它可作為酸,也可以作為堿。但這類溶劑的酸性顯著比水大,故稱酸性溶劑,如甲酸,乙酸,丙酸和三氯乙酸等。酸性溶劑又叫做生質(zhì)子溶劑,它是滴定弱堿時(shí)常用的溶劑。
3.堿性溶劑 也屬于兩性溶劑,由于它的堿性比水強(qiáng),故稱為堿性溶劑,又稱為親質(zhì)子溶劑。常用的堿性溶劑有乙二胺,丁胺等。
4.惰性溶劑 酸堿性都非常微弱,這種溶劑與溶質(zhì)沒(méi)有質(zhì)子轉(zhuǎn)移。常用的惰性溶劑有苯,氯仿,四氯化碳等。
(四)滴定劑
1.酸性滴定劑 在非水介質(zhì)中滴定堿時(shí),常用溶劑為冰醋酸,其中以高氯酸的酸性最強(qiáng),所以常用高氯酸的醋酸溶液為滴定劑。
2.堿性滴定劑 最常用的滴定劑為醇鈉和醇鉀,如甲醇鈉,是由金屬鈉和甲醇反應(yīng)制得:
2CH3OH+2NA→2CH3ONA+H2↑
(五)指示劑
非水滴定中的指示劑也都是有機(jī)弱酸或弱堿,在一定的酸度范圍內(nèi)發(fā)生顏色改變。但在不同的溶劑中指示劑的變色范圍不同。常用的指示劑見(jiàn)表119所示。